Bài 4: Công của lực điện
C1 trang 23 SGK Vật Lí 11: Hãy nêu sự tương tự giữa công của lực điện trong trường hợp này với công của trọng lực.
Lời giải:
Công của lực điện và công của trọng lực đều không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi.
C2 trang 23 SGK Vật Lí 11: Cho một điện tích điểm Q nằm tại tâm của một vòng tròn. Khi di chuyển một điện tích thử q dọc theo cung MN của vòng tròn đó thì công của lực điện sẽ bằng bao nhiêu?
Lời giải:
Khi điện tích thử q di chuyển trên dọc theo cung MN của vòng tròn (theo hình vẽ) thì lực điện không thực hiện công vì lực điện luôn vuông góc với phương di chuyển của điện tích thử.
C3 trang 24 SGK Vật Lí 11: Thế năng của điện tích thử q trong điện trường của điện tích điểm Q nêu ở C2 sẽ thay đổi thế nào khi q di chuyển dọc theo cung MN?
Lời giải:
Ở C2 ta đã có, khi q di chuyển dọc theo cung MN thì công của lực điện AMN = 0.
Mà AMN = WM – WN = 0 => WM = WN
Vậy khi điện tích thử q dịch chuyển trong điện trường của Q dọc theo cung MN thì thế năng của điện tích q không thay đổi, ta có thể nói điện tích thử q đang di chuyển trên mặt đẳng thế của điện trường của điện tích điểm Q.
Bài 1 trang 25 SGK Vật Lí 11: Viết công thức tính công của lực điện trong sự di chuyển của một điện tích trong một điện trường đều.
Lời giải:
Trong điện trường đều, công của lực điện trường trong sự di chuyển điện tích từ M đến N là: AMN = qEd.
Trong đó:
+ q: điện tích di chuyển có thể dương hay âm (C);
+ E: cường độ điện trường đều (V/m);
+ d: khoảng cách giữa hình chiếu của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi trên một đường sức điện;
d > 0 nếu hình chiếu cùng chiều đường sức điện;
d < 0 nếu hình chiếu ngược chiều đường sức điện.
Bài 2 trang 25 SGK Vật Lí 11: Nêu đặc điểm của công của lực điện tác dụng lên điện tích thử q khi cho q di chuyển trong điện trường.
Lời giải:
Công của lực điện tác dụng lên điện tích thử q khi cho q di chuyển trong một điện trường không phụ thuộc vào hình dạng đường đi, chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của quỹ đạo.
Bài 3 trang 25 SGK Vật Lí 11: Thế năng của một điện tích q trong một điện trường phụ thuộc vào q như thế nào?
Lời giải:
- Thế năng của một điện tích q tại điểm M trong điện trường tỉ lệ thuận với q:
WM = AM∞ = q.VM
Bài 4 trang 25 SGK Vật Lí 11: Cho điện tích thử q di chuyển trong một điện trường đều dọc theo hai đoạn thẳng MN và NP. Biết rằng lực điện sinh công dương và MN dài hơn NP. Hỏi kết quả nào sau đây là đúng, khi so sánh các công AMN và ANP của lực điện?
A. AMN > ANP
B. AMN < ANP
C. AMN = ANP
D. Cả ba trường hợp A, B, C đều có thể xảy ra Lời giải:
Công của lực điện tác dụng nên điện tích q khi di chuyển trên các đoạn thẳng MN và NP được xác định bởi công thức:
AMN = F.s. cosαMN = q. E. MN. cosαMN
ANP = F.s. cosαNP = q. E. NP. cosαNP
Trong đó AMN > 0 ; ANP > 0 ; q > 0; MN > NP.
Nhưng vì không xác định được lớn hơn, nhỏ hơn, hay bằng và hàm cos có thể nhận giá trị trong khoảng [-1; 1] nên AMN có thể lớn hơn, nhỏ hơn, hay bằng ANP tùy theo giá trị của góc α và tất cả các đáp án đều có thể xảy ra.
Chọn đáp án D
Bài 5 trang 25 SGK Vật Lí 11: Chọn đáp số đúng.
Một êlectron di chuyển được đoạn đường 1cm, dọc theo một đường sức điện, dưới tác dụng của lực điện, trong một điện trường đều có cường độ điện trường 1000 V/m. Hỏi công của lực điện là bao nhiêu?
A. -1,6.10-16 J B. +1,6.10-16 J C. -1,6.10-16J D. +1,6.10-16J Lời giải:
Dưới tác dụng của lực điện êlectron di chuyển ngược chiều điện trường (tức ngược chiều đường sức điện)
Ta có công thức tính công của lực điện là:
A = qe.E.d.cosα
Với α = góc
E,d 1800 áp dụng vào công thức ta có:A = -1,6.10-19.1000.0,01.cos1800 = 1,6.10-18J Chọn đáp án D
Bài 6 trang 25 SGK Vật Lí 11: Cho một điện tích di chuyển trong một điện
trường dọc theo một đường cong kín, xuất phát từ điểm M rồi trở lại điểm M. Công của lực điện bằng bao nhiêu?
Lời giải:
Lúc này hình chiếu của điểm đầu và điểm cuối đường đi trùng nhau tại điểm (d = 0) nên công của lực điện bằng không.
Vậy nếu điện tích di chuyển trên một đường cong kín thì điện trường không thực hiện công.
Bài 7 trang 25 SGK Vật Lí 11: Một êlectron được thả không vận tốc đầu ở sát bản âm, trong điện trường đều giữa hai bản kim loại phẳng, tích điện trái dấu.
Cường độ điện trường giữa hai bản là 1000 V/m. Khoảng cách giữa hai bản là 1cm. Tính động năng của êlectron khi nó đến đập vào bản dương.
Lời giải:
Lực điện trường F tác dụng lên electron (điện tích âm) có chiều ngược với chiều điện trường.
Do đó electron di chuyển ngược chiều điện trường =>
E,s 1800Áp dụng định lý động năng cho sự di chuyển của êlectron:
Wđ(+) – Wđ(-) = A = q.E.s.cos180o
Động năng ban đầu tại bản (-) của electron: Wđ(-) = 0 do electron được thả không vận tốc đầu.
=> động năng của êlectron khi nó đến đập vào bản dương:
Wđ(+) = q.E.s.cos180o = -1,6.10-19 . 1000 . 0,01.(-1) = 1,6.10-18J Đáp án: Wđ(+) = 1,6.10-18J
Bài 8 trang 25 SGK Vật Lí 11: Cho một điện tích dương Q đặt tại điểm O. Đặt một điện tích âm tại một điểm M. Chứng minh rằng thế năng của q ở M có giá trị âm.
Lời giải:
Ta có: WM = AM∞
Đường sức điện của Q hướng từ Q ra. Lực điện tác dụng lên điện tích q (âm) sẽ ngược chiều đường sức điện.
Nên công để đưa q từ M ra vô cực (lúc này đường đi S của q cùng chiều với E ) là: AM∞ = q.E.s.cos0o < 0 vì q < 0. Do đó WM < 0.
